Diament, ceniony za wyjątkową przewodność cieplną, uważany jest za „złoty standard” wśród materiałów rozpraszających ciepło. Jednak jego ekstremalna twardość i wyzwania związane z przetwarzaniem mają ograniczone zastosowania praktyczne.
Aby rozwiązać ten problem, zespół zaproponował „oddolną” metodę wzrostu diamentów. Konstruując bezpośrednio wzorzyste warstwy diamentu na powierzchni wióra, osiąga się precyzyjne odprowadzanie ciepła. W porównaniu z tradycyjną obróbką „od góry do dołu” – gdzie najpierw wytwarzany jest solidny blok diamentowy, a następnie cięty i grawerowany – nowa metoda pozwala uniknąć uszkodzeń materiału i wysokich kosztów.
Technologia ta wykorzystuje chemiczne osadzanie z fazy gazowej w plazmie mikrofalowej (CVD) . Naukowcy najpierw tworzą „szablon” na powierzchni chipa za pomocą fotolitografii, a następnie osadzają na szablonie „nasiona” diamentu w skali nano .
W reaktorze wysokoenergetycznym gaz bogaty w węgiel jest przekształcany w plazmę za pomocą energii mikrofalowej. Atomy węgla następnie osadzają się i przylegają do jąder, rosnąc warstwa po warstwie, tworząc przewodzącą ciepło warstwę diamentu. Naukowcy podkreślają, że zarodkowanie to krytyczny etap wzrostu diamentu, zapewniający atomom węgla podstawę do utworzenia struktury krystalicznej.
W elektronice ciepło jest głównym czynnikiem ograniczającym wydajność. Obniżenie temperatury o 23°C ma znaczenie praktyczne, nie tylko wydłużając żywotność urządzenia, ale także umożliwiając wyższe prędkości robocze bez przegrzania.
Według raportu fotolitografię wykorzystuje się w zastosowaniach związanych ze złożonym tworzeniem wzorów o wysokiej rozdzielczości, natomiast cienkie folie wycinane laserowo w scenariuszach wielkopowierzchniowych, co pozwala na dostosowanie procesu do różnych kontekstów. Uważa się, że elastyczność ta zapewnia realną ścieżkę industrializacji.
Co więcej, proces jest kompatybilny z wieloma półprzewodnikowymi materiałami podłoża, w tym z azotkiem krzemu i galu, co stanowi podstawę do integracji wysokowydajnych diamentowych warstw termicznych w ramach różnych ścieżek technologicznych.
Zespół badawczy informuje, że nową metodę z powodzeniem skalowano do produkcji 2-calowych płytek, co może znaleźć potencjalne zastosowania w urządzeniach półprzewodnikowych dużej mocy, takich jak chipy AI i sprzęt 5G.
Zespół zidentyfikował skalowalne i skuteczne podejście do integracji technologii zarządzania ciepłem diamentu z urządzeniami elektronicznymi. Ma to potencjalne konsekwencje dla zwiększenia wydajności i niezawodności smartfonów, baterii i sprzętu komputerowego.
Następna faza zespołu badawczego ma na celu optymalizację wiązania interfejsu między warstwą diamentu a leżącymi pod nią komponentami elektronicznymi w celu uzyskania ściślejszej integracji strukturalnej. Przełom w tej dziedzinie mógłby ułatwić rozwój urządzeń tranzystorowych nowej generacji, zapewniających wyższe prędkości i większą moc.